星空体育官网海洋生产及探测装备在海洋资源开发、科学研究、环境保护监测和深海探索等领域发挥着重要作用，主要包括水下生产系统装备、深海机器人和水下拖曳系统。

　　水下生产系统是开发海洋油气资源的关键装备，涵盖了所有水下油气生产、集输、外输、分配、分离、增压、海管连接（管道组件）、水下设备间跨接、水下注入（如水、气、化学药剂）等设备，以及相应的控制系统、保护系统和支撑结构。深海机器人，主要包括载人潜水器（HOV）、有缆遥控潜水器（ROV）和无缆自治潜水器（AUV），能够在水下移动，并使用各种工具完成水下作业，是深海探测装备体系的重要组成部分；水下拖曳系统包括水下声纳、水下传感器、分析仪器和采样器等设备，主要用于数据或样品的采集，在水下环境监测、水工结构检查、海洋资源调查等方面具有特殊用途。

　　通常情况下，海洋生产及探测装备需要通过脐带缆与水面、陆地建立连接。本文对海洋开发中深海探测装备、水下生产系统和ROV等设备用脐带缆技术进行了详细梳理，包括结构功能设计、静态和动态机械性能设计，以及附件和终端设计。

　　水下脐带缆集光纤通信、遥控指令传递、视频影像传输、电力远供、输送工作液体和气体等多种功能，用于水下设备之间的光电传输纽带。不仅能够向水下设备传递载荷、能量、信息和物质，还能够承受深海环境下的高压、高盐度和低温等极端条件，具备耐海水腐蚀和耐磨损的能力。

　　单根脐带缆的使用长度通常在几百米到几千米之间，并且不同型号和不同作业水深的水下设备对脐带缆有不同的技术要求。因此，脐带缆技术复杂且生产制造难度较高。

　　水下生产系统用脐带缆的主要作用包括：①为水下阀门执行器提供液压动力通道；②为控制盒和电动泵等提供电能；③为水下设施和油井提供遥控及监测数据传输通道；④为油井提供所需流体（如甲醇和缓蚀剂等化学药剂）；⑤将井下原油和天然气向平台或陆上输送。

　　根据使用要求，水下生产系统用脐带缆通常分为动态缆和静态缆。在同一工程中，动态缆和静态缆的缆芯结构相同。动态缆需要承受更大、更复杂的机械力，其铠装设计要求高于静态缆。静态缆的敷设长度可达数十千米，因此必须减小其质量和体积，以满足生产、运输、施工和成本需求。动态缆在安装和运行过程中易受到风、浪、流和浮体运动的影响，需要进行局部和整体力学分析，以保证寿命周期内的安全运行。相比之下，静态缆通常只需要考虑海底稳定性等问题星空体育官网。

　　根据结构，水下生产系统用脐带缆可以分为钢管脐带缆、热塑软管脐带缆、电力脐带缆和综合功能脐带缆。钢管脐带缆在抗压溃性、强度和耐化学性能方面表现优异星空体育官网，且液体无渗漏，但是存在弯曲半径大、易受疲劳破坏、成本高、操作困难和交货时间长等限制。相比之下，热塑软管脐带缆具有成本低廉、易操作和弯曲半径小等优势，然而其抗压溃性较低、耐化学性能较差，容易发生液体渗漏和在内压下膨胀等现象。

　　其中，超级双相不锈钢管具有响应低延迟性和输送介质无渗透性的特点，是大长度脐带缆设计的首选；在浅水域动态使用环境或需要反复收卷释放设备中，热塑性软管具备较好的柔韧性和较小的弯曲半径，是最佳选择。两者各具优势，在实际应用中常常混合使用。

　　ROV用脐带缆具备多种综合功能，包括动力传输、光纤通信、铜缆通信、遥控指令传递、视频影像传输，以及ROV拖体收放等，此外还具有较高的强度与质量比、灵活的弯曲特性、优良的耐腐蚀和耐磨损性能、优异的反复收放能力，能够满足深海机器人和深海探测装备的工作需求。

　　应用场景不同，ROV用脐带缆的产品结构也会有所不同。在深海钻探中，需要采用高强度、高耐腐蚀性的脐带缆，来承载钻井平台的负载和能源供应；而在深海生物探测中，则需要使用柔软、轻便的脐带缆，以避免对海洋生态造成损害。

　　根据铠装结构，ROV用脐带缆可以分为金属铠装脐带缆和非金属铠装脐带缆。金属铠装脐带缆常用于连接工作母船和放置深海机器人的中继器，而非金属铠装脐带缆则常用于连接中继器和深海机器人。

　　根据使用环境，脐带缆主要有浅海观察型水下机器人用脐带缆、作业型水下机器人用脐带缆和全海深机器人用脐带缆。不同类型的脐带缆具有不同的特点和应用场景，选择合适的脐带缆能够提高深海机器人的性能和可靠性。

　　其中，一般的水下观测型水下机器人脐带缆和水下测试传感器用脐带缆结构较为简单，满足数据传输和较低功率的电能供给即可；水下作业型机器人脐带缆则结构比较复杂，工作的水深范围由浅海至深海，最深处可达6000m。

　　水下作业型机器人用脐带缆应用最为广泛，但其对设计和制造能力要求较高，尤其是大长度生产，国际上生产厂家较少。为了满足强度和重力要求，全海深机器人用脐带缆的铠装通常采用非金属铠装。

　　随着国外ROV等潜水器技术的日益成熟，ROV用脐带缆技术不断发展。国外生产厂家有挪威Nexans、美国Rochester、英国JDR Cable Systems、美国Storm Products Company、英国INTERKAB和BPP-Cables等公司。国内用户主要包括国家海洋局下属研究所、中科院声系统研究所、国土资源调查系统、中船重工系统、中船工业系统和中海油系统等单位。

　　脐带缆广泛应用于不同的领域，包括水下生产、检查、监视、搜索与识别、安装与回收、清理、海洋科学考察、全球定位、搜索、救援遇难舰船、解救受困潜水艇，以及中继通信等。在不同的使用环境下，需要考虑弯曲、张力卷绕、磨损和腐蚀等影响因素。

　　2）张力卷绕。在脐带缆放缆过程中，内部张力不断变化，各部件之间的几何关系随放缆幅度的变化而改变，产生卷绕运动，引起内部摩擦。

　　3）磨损。脐带缆的卷绕运动会造成两种形式的磨损，一是脐带缆内部部件之间的磨损，二是脐带缆与收放装置之间的磨损。磨损会导致脐带缆某一点持续恶化，直至故障。磨损率受多种操作因素影响，如放缆速率、张力、滑轮布置形式，以及脐带缆的弯曲半径等。收放设备的不当选择或安装，会加速脐带缆外表面的磨损。

　　4）腐蚀。海水腐蚀主要对金属产生影响，尤其是钢丝。如常见的双层铠装脐带缆在海水中会慢慢地被电解溶解，导致内层钢丝受到海水侵蚀。

　　5）打圈或扭结。当脐带缆受到拉力，形成圆圈后，随着半径不断缩小，易发生缠结现象，进而导致永久变形。

　　6）压扁。脐带缆在受到风浪影响时，如果受力的缆圈压在另一缆圈上，或下层脐带缆受到过度卷绕张力的压迫，可能会在绞车滚筒上发生挤压的情况。高度集中的压力可能会导致金属承力单元和其他部件的永久变形。

　　脐带缆通常由多个功能单元依据尺寸组合，形成多层同心结构，以维持良好的对称度、圆整度和同心度。相邻层之间通常采用包带缠绕紧固，以保持缆芯的紧凑度和圆整度，增强抗侧压能力，减少受压状态下的径向收缩，并提高耐疲劳性能。

　　铠装不仅为水下设备回收和吊放提供载荷支撑，且保护内部结构单元免受外部机械和环境的损伤。在收放过程中，为防止因受力而打扭，铠装结构通常设计成扭矩平衡结构。此外，铠装外面通常覆有保护层，以防海水腐蚀影响性能。针对含有软管的水下生产系统用脐带缆，软管外护套通常钻有小孔，可将渗入的液体或气体排出，避免海水压爆脐带缆。

　　水下生产系统用脐带缆的设计、制造和质量规范须符合GB/T 21412.5—2017《石油天然气工业水下生产系统的设计和操作第5部分：水下脐带缆》（同1SO 13628-5）标准。目前，ROV 用脐带缆没有相应的国际和国内设计标准，主要基于理论计算和长期经验积累的产品设计参数，用以进行动态运行和结构应力分析。为保证ROV用脐带缆的纵向密封性，需要在缆芯中填充适当的纵向水密材料，填补各结构单元间的间隙，以实现空间占位和良好的阻水、阻油效果。

　　水下脐带缆性能要求取决于其工作条件。整体分析环境荷载作用下，脐带缆的极值荷载、疲劳荷载，并验证其稳定性等。水下脐带缆的整体分析内容和分析软件见表1。

　　ROV用脐带缆整体分析的难点在于环境载荷有不确定性、脐带缆有几何变形，以及浮体和环境载荷间高度非线性耦合。目前，国外少数厂家已经建立了完整的技术体系，涵盖了ROV用脐带缆的设计、使用和安装，而国内仍存在差距。

　　局部分析是脐带缆设计的关键。脐带缆的传统设计通常依赖于原型试验给出电缆结构的响应和性能，存在成本高昂和耗时较长的缺点。随着计算机的快速发展，结合部分试验结果，进行数值模拟，已成为脐带缆结构分析设计的主流手段。

　　脐带缆由多个功能单元、填充和护套等组成。其中，各单元的设计需要考虑其在海洋环境中的工作条件，如海水温度、压力、腐蚀性等因素，同时也需要考虑其与设备之间的接口设计，以实现有效的数据传输和控制。因此，在设计水下脐带缆时，需要综合考虑各单元的功能和特点，以确保设备能够稳定可靠地运行。

　　脐带缆的功能单元一般包括动力单元、光纤单元和通信电缆单元，此外，大多数水下生产系统用脐带缆还包含管单元。

　　①动力单元。根据水下装备的供电需求，如单相工作电压、三相工作电压、供电功率等参数计算额定电流，通过额定电流计算导体的直流电阻，从而计算和选择适当的截面积。

　　②光纤单元。根据传输容量、带宽和波长等需求，选择合适的光纤类别、光纤芯数等。设计不锈钢管光单元时，需要考虑光纤的保护材料和光单元数量等因素。为提高不锈钢管光纤单元的防护能力，通常在外挤制一层塑料护套。

　　③通信电缆单元。根据不同频率下的工作电容、衰减和特性阻抗等要求，进一步考虑通信单元的类型、导体芯数或对数、导体标称截面积和屏蔽形式等。

　　④管单元。根据水深、功能、质量、强度和柔软度等要求，确定管单元的材料、壁厚、外径，以及保护层的材料和结构，以提高脐带缆的防腐、强度、耐磨等性能。

　　缆芯由多个组成单元绞合而成，各个组成单元间须填充聚合物、硅橡胶和固化聚氨酯等材料，以保证缆芯的紧密度。对于有水密要求的脐带缆，需要填充水密材料。在缆芯制作过程中，通常会使用金属或非金属带将其绕包扎紧。缆芯分为渗漏型和护套型两种类型，其中渗漏型线芯适用于油井钻探等特殊环境，而护套型线芯则具有更好的防水性能和支撑作用。

　　为满足水下装备对脐带缆机械性能的要求，需要设计铠装结构以承担机械荷载。铠装结构一般采用具有较高的强度和耐腐蚀性的金属/非金属材料。非金属纤维材料作为承力元件时，需要考虑其力学性能和化学稳定性等因素。金属承力元件一般选择高强度镀锌钢丝，而其他元件承担的拉伸强度很小，可以忽略。因此，只需要计算主要承力元件的拉伸强度。

　　钢丝铠装一般为两层螺旋绞合，有时也采用3层、4层和5层的铠装，设计时应注意绞合方向、绞合角度、绞合节距和铠装单线根数等。

　　①绞合方向（通常表示为左向和右向）。内铠装层为右向、外铠装层为左向的布置形式，最早用于石油行业的承荷探测电缆。外层右向、内层左向的铠装，也可以提供相同的使用特性，并在实际应用中证明能够达到预期的性能要求。

　　②绞合角度。绞合角度表示为铠装螺旋线°范围。依据铠装的设计特性和与其他铠装脐带缆部件的内部关系，内外铠装层可以采用不同的绞合角度。

　　④铠装单线根数。在选择铠装单线直径和根数时，需要满足96%～99%的内护层表面覆盖率或根据具体使用特点进行设计。在节距和铠装材料相同的条件下，较大直径的铠装单线能够提供更高的机械稳定性。经过磨损后，较大规格的铠装单线剩余金属比率较高，因此其强度也较大。相比之下，较小规格的铠装单线具有更长的抗弯曲疲劳寿命。

　　与静态脐带缆相比，动态脐带缆更容易失效，并且在设计、制造、检测时具有更高的难度。动态脐带缆不仅需要具备常规静态脐带缆的静态机械性能，还须在动态环境下承受载荷时具备良好的动态机械性能、抗动态疲劳性能。

　　设计铠装脐带缆时，首要保证其机械强度，应满足在制造、操作、运输、安装和运行过程中所有工况下载荷的要求。

　　脐带缆不仅需要承受自身质量，还须应对船体在海面晃动产生的额外惯性力。金属铠装脐带缆通常采用镀锌钢丝作为铠装元件，而水下生产系统用无铠装钢管脐带缆则以钢管作为承力元件。钢丝铠装的力学性能较为复杂，本文中仅讨论钢丝铠装脐带缆的力学性能。

　　动态铠装脐带缆通常具有两层或两层以上异向绞合的铠装钢丝。在受轴向拉力时，各层钢丝会产生扭转力矩，内外层铠装由于绞合方向相反而产生相反的力矩。力矩的大小取决于钢丝截面积和至缆芯的距离。相较于内层铠装，外层铠装通常具有更多的根数或更大的外径，会产生更大的扭转力矩，可以通过调整螺旋角度来平衡内外层铠装的力矩。

　　铠装脐带缆的破断力计算可分为端部受约束和端部自由旋转两种情况。当端部受约束时，外层铠装由于承受较高的应力会首先断裂，而内层会缓慢延伸至断裂；当端部自由旋转时，外层铠装可能会出现松散现象，此时内层将承受较高的应力。因此，若端部自由旋转或操作不当，可能会导致整个电缆的破断力下降，并导致内层钢丝首先断裂。

　　影响铠装脐带缆破断力的主要因素有：①铠装钢丝之间或与外部介质的磨损，导致钢丝截面直径减小，从而降低破断力；②铠装钢丝受到腐蚀作用，进而影响其有效截面面积；③H2S导致铠装钢丝变脆，CO2加速钢丝腐蚀；④不正当操作或是液压预紧导致铠装脐带缆发生过度扭转，可能使其破断强度降低30%；⑤使用接头盒导致锚固位置铠装破断强度降低至90%；⑥铠装脐带缆在斜槽中摆动；⑦物理损伤，如打扭、铠装层刮伤和凹陷等。

　　铠装脐带缆的安全工作载荷是指在不影响功能单元（如铜导体、光单元、屏蔽层，以及铠装材料、护套材料等）正常工作的情况下，在弹性变形范围内所能承受的最小轴向拉伸张力。根据DNVGL-RP-F401—2017的规定，铠装脐带缆中各功能单元的安全工作载荷系数取决于实际承载力与材料的屈服应力和90%的极限承载力中较小值的比值。推荐安全工作载荷系数见表2，实际应用时通常会采用更高的安全系数。

　　铠装脐带缆的弯曲半径是指电缆在弯曲状态下不受损伤或降低性能的最小半径。过度弯曲可能会发生打扭、受损而缩短使用寿命，甚至会发生传输信号相互干扰、串音等现象。

　　铠装脐带缆由多种功能单元优化组合而成，在弯曲过程中会出现两种状态：曲率较小时，各单元受到摩擦作用，整体弯曲而不相互滑移；曲率逐渐增大时，各单元所受合力大于摩擦力，开始出现相对滑移。

　　基于简化模型，理论推导多层绞合结构在拉伸、弯曲和扭转耦合作用下的应变计算模型。该模型能够计算不同曲率下绞合关键单元的应变分布，并考虑滑移和不滑移状态。

　　脐带缆的刚度是指其抵抗弹性变形的能力，是衡量脐带缆力学性能的重要指标，主要包括拉伸刚度、扭转刚度和弯曲刚度。

　　①拉伸刚度。在研究铠装脐带缆的拉伸行为时，需要综合考虑轴向变形和缆芯径向收缩引起的变形。当铠装钢丝在发生轴向应变时，会对缆芯产生径向压力星空体育官网。铠装钢丝是主要承担拉伸载荷的单元，缆芯则具备一定的径向支撑能力。考虑铠装钢丝受拉伸时对缆芯的挤压作用，则缆芯的径向刚度是一个重要的输入参数。通常假设缆芯为均质聚合物材料，如低密度聚乙烯或高密度聚乙烯圆截面，可通过经典弹性力学理论估算其径向刚度。

　　②扭转刚度。对于海洋装备用动态铠装脐带缆等细长柔性体，通常会同时受到拉伸和扭转的影响，二者互相耦合。

　　③弯曲刚度。在铠装脐带缆弯曲行为分析中，通常将整体结构视为螺旋单元缠绕在柱单元结构上。铠装脐带缆总的弯曲刚度为所有螺旋单元与柱单元的和，其弯曲行为分为无滑移阶段和全滑移阶段。在曲率半径较小时，各单元无法克服静摩擦作用，因此相对固定；随着曲率增加，各单元逐渐开始相对滑移。

　　流是指海水在一定方向上发生的大规模流动，其形成原因包括潮汐洋流、风海流、大洋环流、补偿流等多种情况。根据大量风速仪记录数据，某点上的瞬时风速可以分为长周期部分（历时十分钟以上）和短周期部分（历时数秒以内）。

　　长周期部分通常偏离结构物的自振频率，主要产生静力作用；而短周期部分与结构物的自振频率接近，具有动力作用效应。海洋中存在各种形式的波动，不仅可以发生在海洋表面，还存在于海洋的不同密度层之间，具有不同的波动尺度、机理和特性，呈现出复杂的波动现象。

　　海洋波动是海水运动的重要形式之一。根据观测记录，主要为波动周期在1～30s期间的海浪，其波动能量极大，是导致船舶、平台等海洋工程结构物受损和变形破坏的主要因素。

　　对海洋装备和海洋工程结构而言，波浪载荷是其受到的主要载荷，波浪载荷的参数选取直接影响到海洋装备和海洋工程结构的操作、安全性和建造成本。此外，浮动船体和洋流引起的周围流体次生运动也是海底结构件疲劳损伤的主要因素。

　　其中，涡激振动是影响脐带缆疲劳寿命的因素之一。当脐带缆处在垂直入射的水流中时，两侧会形成交替向下游流动的漩涡。当漩涡的脱落频率接近或是整数倍的结构的自振频率时，脐带缆会处于共振状态，即涡激振动。涡激振动时，圆柱的运动轨迹通常呈“8”字形。随着水流速率的增加，横向振幅逐渐增大，因此横向振动对管线的疲劳损伤具有重要的作用。

　　涡激振动受到多种参数的影响，目前在涡激振动问题的研究中尚未建立可靠的相似理论，以实现模型试验数据与实际线缆振动之间的对应。

　　海底脐带缆所处的海洋环境十分复杂，容易受到浪、流等水动力的影响，为确保脐带缆在海底稳定运行，稳定性分析至关重要。目的是限制脐带缆在初始安装位置的运动，避免其在垂直方向漂浮或下沉，并校核侧向稳定性。外径质量比是衡量海底稳定性的重要指标。

　　影响脐带缆海底稳定性的因素主要包括：①脐带缆在海水中的质量；②海底的摩擦力；③各种环境荷载，如浪、流等；④不良的工程地质现象。

　　动态疲劳损伤是指构件材料受交变载荷作用一定次数后，结构发生失效的现象。循环载荷（应力）通常小于材料的破断强度（屈服应力）。抗疲劳设计是动态铠装脐带缆系统设计的关键内容之一，柔性动态海底电缆需要不断承受海洋环境载荷作用，同时船体运动会促使动态海底电缆在船体连接位置反复弯折。这些载荷加速了动态铠装脐带缆应力集中区域的裂纹形成、扩展，最终破坏结构的完整性。

　　疲劳载荷是指动态海底电缆在服役过程中承受的所有循环载荷，包括成缆制造、运输、安装和在位运行中的载荷。

　　根据ISO 13628-5标准，动态铠装脐带缆疲劳载荷的来源主要为：①波浪载荷直接作用或引起船体运动，进而导致海缆随波响应；②船体自由运动导致缆线的偏移；③稳态洋流下线缆的涡激振动；④生产周转和安装过程中受到的循环载荷；⑤运行过程中的循环载荷，包括附着在海底电缆上的生物载荷。

　　动态铠装脐带缆的失效通常发生在金属单元上。铜导体上的疲劳损伤起始于两根相互挤压的铜丝之间的微小磨损。当铜导体接触面之间磨损时，通常形成黑色的氧化层星空体育官网。随着弯曲载荷的幅值和频率增加，氧化层厚度增加，导体表面凹陷深度增加。此时，铜导体的脆性特征显著，其承载能力随之降低。接触铜导体之间的疲劳损伤情况见图1，图中A为导体接触面之间的氧化层，并伴有裂纹的出现，B为紧压导体之间的塑性变形现象。

　　与铜导体疲劳机理类似，钢丝的疲劳裂纹起始于相邻钢丝的接触点，铠装钢丝的疲劳损伤现象见图2，在接触点形成凹陷，并在反复挤压滑移的状态下，微裂纹开始出现，并以半圆形式向内扩展，导致整个截面的承载能力降低。同时，铠装钢丝更容易受到腐蚀。依据挪威船级社（DNN）相应标准，在腐蚀环境下，钢丝的疲劳性能会显著降低。

　　材料的疲劳性能可以通过作用时的应力应变范围（S）和到破坏时的寿命（N）之间的关系来描述，即S-N曲线。其中，寿命N定义为在给定应力比（R）和恒幅载荷作用下的破坏循环次数。

　　疲劳破坏可以分为裂纹萌生、扩展和断裂3个阶段，不同材料的疲劳破坏阶段呈现现象和所对应载荷的比例不一致。因此，S-N曲线的定义基于以下两个假设：

　　①对于高强度、中强度钢等脆性材料，裂纹从萌生、扩展至小尺寸圆截面试件的断裂时间很短，并且裂纹萌生时的尺度较小，难以观察。因此，以整个过程中的载荷变化作为指标是合理的；②对于延展性较好的材料，裂纹萌生后会有相当长的扩展阶段，伴随着5%～15%的强度下降。裂纹的出现也会伴随刚度下降，同时对应的应变也发生变化。因此，可用应变变化量来确定裂纹是否扩展。

　　目前，国内外光纤和光纤单元的制造技术比较成熟，许多线缆生产厂家较为熟悉绝缘和护套的挤出工艺和装备。脐带缆在制造过程中难度较大的工序是成缆和铠装，尤其是对于大长度脐带缆。本文将重点探讨这两道工序。

　　在实际生产中，采用节径比来估量成缆节距的大小较合适。因不同电缆的缆芯直径差异较大（如生产系统用脐带缆和ROV用脐带缆相比），仅提及节距不能准确估算电缆的各项性能，因此引入节径比，即节距长度与成缆直径的比值。节径比越大，线芯在弯曲时的变形越大，成品的柔软性越差，但强度会增大，电缆外径和绞入率变小，直流电阻也会减小，从而提高生产效率，减少材料用量。选择合适的成缆节距，可以使成品电缆具有良好的结构稳定性和弯曲性，并减少变形、皱折。

　　线芯成缆时，线芯之间均存在一定间隙，需要采用水密材料进行填充，以保证成缆的圆整度和成品的防渗水、防渗油性能。在成缆完成及收线前，根据设计要求，需要对绞合后的线芯绕包一层或多层金属或非金属包带，可以起到包扎、屏蔽等作用，并在工艺上便于下一道工序的加工。

　　对于水下生产系统用脐带缆和比较长的ROV用脐带缆，成缆设备均较为庞大。单元数较少的可以使用立式成缆机，占地面积少，单元多的则须采用大型卧式成缆机。JDR大型立式成缆机和大型卧式成缆机见图3。

　　动态缆的铠装工艺对于高强度金属铠装脐带缆至关重要，与其他静态缆有着显著区别。高强度钢丝铠装的制造过程中，通常需要采取一系列处理措施，包括钢丝预变形去应力前处理、钢丝绞合后变形去应力处理，以及钢丝绞合后预拉伸处理等工艺步骤。

　　为了消除高强度钢丝在绞合过程中产生的内应力，需要在钢丝成形前对其进行预先变形，即预先形成螺旋状。需要在绞线机的绞笼收线装置后、钢丝绞合模前精确设计和安装预变形器（即预扭头），预变形器装置见图4。

　　轮间距为预变形器的工艺参数，需要通过计算分析，并结合实际预变形效果进行反复校正，最终确定合适的参数值。选择合适预变形高度非常重要，预变形高度过小，则无法有效消除钢丝绞合应力；预变形高度过大，则会降低金属铠装脐带缆的机械性能，同时影响金属铠装脐带缆的结构稳定性和使用寿命。

　　为进一步消除钢丝绞合后的残余应力，并改善钢丝绞合结构和表面质量，需要进行后变形处理，即在钢丝绞合模和牵引轮之间，设置几组水平和垂直的辊轮，使绞合后的钢丝经过反复弯曲和径向压缩。

　　后变形器装置见图5。后变形器的辊轮个数越多，牵引力增大，不仅可以使钢丝绞合更加紧密，同时使铠装层表面更加圆整且不松散，显著提高了金属铠装脐带缆的卷绕、弯曲和耐疲劳等机械性能。

　　电缆制造完成后，内铠单线会嵌入下层护套中，是不稳定的状态。在工作负载作用下，会产生较大的表面应力，甚至会超过材料的屈服强度。为了保证钢丝铠装ROV用脐带缆沿长度方向的稳定性，需要施加预应力，使其达到与后续工程使用时相近的受力状态。

　　拉伸负荷根据金属铠装脐带缆的最小断裂强度确定。只有在承受足够大的拉伸负荷时，金属铠装脐带缆才能消除钢丝绞合应力，达到自然稳定的状态。通过合理的预拉伸后处理，消除金属铠装脐带缆的钢丝绞合缺陷，改善钢丝受力均匀性，提高其弹性模量和疲劳寿命。预拉伸后处理装置见图6。

　　预拉伸时间包含两方面，一是从零加载到设定预拉伸负荷所用的时间，即加载时间；二是在设定预拉伸负荷作用下的持续时间，即保载时间。保载是为了更彻底地消除金属铠装脐带缆的钢丝绞合应力，通常保载时间越长，消除效果越好，但保载时间也不宜过长，以免影响生产效率。

　　水下生产系统用脐带缆一般采用常规强度的铠装钢丝，无需预成型和预处理。对于非金属丝加强的铠装成缆机，需要尽可能多的放线装置，有时甚至需要上百个主动放线装置，以提高纤维张力的一致性。非金属管或非金属铠装层外往往编织一层高强度非金属丝保护层，此时需要采用多放线装置的大型卧式编织机。

　　水下生产系统及ROV系统作为复杂的有机组成，每个组成部分均起着非常重要的作用。水下脐带缆配套使用的附件包括绞车、升沉补偿装置、承重头、光电滑环和水密接插件等。附件性能的优劣，对脐带缆系统的正常运行起着非常关键的作用。

　　在水下ROV或拖体吊放和回收过程中，水下ROV或拖体铠装脐带缆需承担载荷。为连接铠装脐带缆与水下ROV或拖体，必须使用承重头星空体育官网，其作用是一端通过夹具或灌胶方式连接至水下ROV或拖体的铠装脐带缆，另一端则通过法兰等方式与水下ROV或拖体固定。

　　承重头需要具备较高的机械强度和抗腐蚀性能。铠装脐带缆的断裂大多发生在承重头处，因此承重头的力值设计通常要求不小于铠装脐带缆的破断力。

　　水密接插件是水下环境中用于传输电源和信号的连接器，在海洋科学研究、海洋石油及天然气钻探与生产、水下工程设备、水下传输及监控网络、深海机器人及国防等诸多领域，均具有十分广泛的应用。使用范围主要包括水下ROV或拖体、AUV、海洋仪器、深海油气开发、水下探测、水下摄像机、水下潜标、水下拖体和水下检测等。

　　根据功能划分，水密接插件可以分为水下光纤接插件、水下电接插件和水下光电复合接插件等3类。根据安装和使用环境的要求，可以分为干插拔和湿插拔两类。

　　干插拔水密接插件只能在空气中进行插拔操作，连接后再放入水中使用。在需要维修、更换或增减水下设备时，必须将设备浮出水面才能进行电连接器的分离和连接，操作耗时、费力且成本高。

　　湿插拔水密接插件能够在水下环境中进行插拔操作，快速进行水下环境中设备的组装、增减和更换等工作，特别适用于水下作业装备，如脱落电缆、潜水设备、水下摄像机、海上油田上的电器设备、高压水阀门、压力变送器、水下电话，以及快速抢修设备等。

　　干插拔水密接插件主要采用橡胶塑模密封和金属壳体O型圈密封技术。橡胶塑模密封连接器的可靠性取决于密封材料性能和接插件插拔的可靠性。目前，橡胶塑模密封连接器已基本实现国产化，代表性进口公司有subconn和seacon等。金属壳体O型圈密封连接器已广泛应用于军用产品研究和民用产品开发中，在淡水和海水0~500m深度范围内能够有效密封。

　　湿插拔水密连接器主要采用充油压力平衡式连接器技术，其工作原理是插头跟插座首先对接密封，然后继续挤压，排除外部流体和污染物，通过各自的通道完成连接器的对接。

　　水下ROV或拖体脐带缆的缆芯通过承重头后，在水密接头盒内与水下ROV或拖体预留线相连接。在水密接头盒内，铠装脐带缆的缆芯动力单元和信号单元分别与水密接插件插座相连接，水下ROV或拖体各设备配备有水密接插件的插头，通过插拔实现动力和信号的通断。在深水区，水密接头盒通常与液压补偿装置联调工作，以减少壳体所承受的水压，从而降低密封的要求。

　　水下脐带缆终端（UTA）是脐带缆端部最关键的硬件设备，为脐带缆的钢管、电缆、光纤提供终端接口，并充当脐带缆的吊装、倒运以及安装支持结构，包括脐带缆本体、上部接线箱、牵引头、I/J型管密封、顶部防弯器、防弯器连接器、脐带缆终端接头、限弯器、电/光纤接头跨接管等部分。水下生产系统水下终端分布见图7。

　　水下脐带缆终端的深海环境载荷复杂恶劣，对连接系统的承载能力提出了更高的要求。需要分析在各生产工况下终端的轴向载荷能力、剪切载荷能力、弯矩能力和扭矩能力，以及不同吊装提升方式对其承载能力的影响。

　　与发达国家相比，水下生产系统用脐带缆相关技术存在一定差距，但国内已经实现深水施工船舶自主制造及铺设装备的自主深水柔性管缆安装。未来，脐带缆可以向优化设计、提高性能和降低成本等方向发展，结合设计经验，得出以下改进措施和展望。

　　2）在流量允许的情况下，考虑采用大口径与多条小口径流体管线的组合。通常较小口径的管缆的总体成本较低。

　　3）整合电缆功能，减少脐带缆单元的数量，降低生产设备的体积和成本，如将电缆单元和光纤单元合并成一个同轴单元；避免不必要的组件或层，如包带。

　　水下ROV的应用量随石油和天然气行业、海上风电场和水产养殖业的增长而不断扩大。同时，人工智能等技术在ROV中的集成和应用也推动产业的增长。然而，仍存在一些挑战，如AUV的日益普及。AUV的工作方式与ROV非常相似，但无需脐带缆，减少了对脐带缆的需求。

　　随着设计和试验能力的不断提高，以及材料和生产装备的持续进步，国内ROV用脐带缆及附件与发达国家的差距逐渐缩小。未来ROV用脐带缆也将朝着更细、更轻、更强、更智能和环境适应能力更强的方向发展。